» Փականի ֆոտոէֆեկտ. Փականի ֆոտոէֆեկտ Փականի ֆոտոէֆեկտի ֆիզիկական հիմքը

Փականի ֆոտոէֆեկտ. Փականի ֆոտոէֆեկտ Փականի ֆոտոէֆեկտի ֆիզիկական հիմքը
  • Դասախոսություն թիվ 10 Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ. Կոմպտոնի էֆեկտ. Ատոմների գծային սպեկտրներ. Բորի պոստուլատները.
  • Բնակչության միավորների ընդգրկվածության հիման վրա տարբերակում են շարունակական և ոչ շարունակական դիտարկումները:
  • Ըստ կազմման հերթականության՝ առանձնանում են առաջնային և ամփոփ փաստաթղթերը։

    • Ներքին ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ- առաջանում են էլեկտրամագնիսական ճառագայթման հետևանքով էլեկտրոնների անցումները ներսումկիսահաղորդիչ կամ դիէլեկտրիկ՝ կապված վիճակներից մինչև ազատ վիճակներ՝ առանց դուրս թռչելու: Արդյունքում մարմնի ներսում ընթացիկ կրիչների կոնցենտրացիան մեծանում է, ինչը հանգեցնում է ֆոտոհաղորդունակության առաջացմանը՝ կիսահաղորդչի կամ դիէլեկտրիկի էլեկտրական հաղորդունակության բարձրացում, երբ լուսավորված է:

    Փականի ֆոտոէֆեկտ (ներքին ֆոտոէֆեկտի տեսակ)

    1. EMF-ի (ֆոտո-EMF) առաջացումը երկու տարբեր կիսահաղորդիչների կամ կիսահաղորդչի և մետաղի շփումը լուսավորելիս (արտաքին էլեկտրական դաշտի բացակայության դեպքում): Դարպասի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտն օգտագործվում է արևային բջիջներում՝ արևի էներգիան ուղղակիորեն էլեկտրական էներգիայի փոխակերպելու համար:

    Արտաքին ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ (ֆոտոէլեկտրոնի արտանետում)էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ազդեցության տակ նյութի կողմից էլեկտրոնների արտանետումն է։

    Արտաքին ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի ուսումնասիրման սխեմա. Երկու էլեկտրոդ (կաթոդ K՝ ուսումնասիրվող մետաղից և անոդից Ա) վակուումային խողովակում միացված են մարտկոցին, որպեսզի կարողանաք փոխել ոչ միայն արժեքը, այլև դրանց վրա կիրառվող լարման նշանը: Հոսանքը, որն առաջանում է, երբ կաթոդը լուսավորվում է մոնոխրոմատիկ լույսով (քվարցային պատուհանի միջով) չափվում է շղթային միացված միլիամետրով: Ֆոտոհոսանքի կախվածություն Ի, որը ձևավորվում է կաթոդի կողմից լույսի ազդեցությամբ արձակված էլեկտրոնների հոսքով, լարումից Uկաթոդի և անոդի միջև կոչվում է ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի ընթացիկ-լարման բնութագրիչ:

    U-ի մեծացման հետ ֆոտոհոսանքն աստիճանաբար մեծանում է, մինչև հասնի հագեցվածության: Առավելագույն ընթացիկ արժեքը Ի us - հագեցվածության ֆոտոհոսանք - որոշվում է այս արժեքով U,որտեղ կաթոդի կողմից արձակված բոլոր էլեկտրոնները հասնում են անոդին. Իմեզ = en, Որտեղ n- կաթոդի արձակած էլեկտրոնների թիվը 1 վ-ում: Երբ U = O ֆոտոհոսանքը չկա

    անհետանում է, քանի որ ֆոտոէլեկտրոնները կաթոդից հեռանալիս ունեն որոշակի սկզբնական արագություն։ Որպեսզի ֆոտոհոսանքը զրոյի դառնա, անհրաժեշտ է կիրառել դանդաղեցնող լարում U 0: U = U 0-ում էլեկտրոններից ոչ մեկը, նույնիսկ նրանք, ովքեր մեկնում են առավելագույն սկզբնական արագությամբ, չեն կարող հաղթահարել հետաձգման դաշտը և հասնել անոդին.

    այսինքն, չափելով հետաձգման լարումը U 0, կարող եք որոշել առավելագույն արագության արժեքը υ առավելագույնըև ֆոտոէլեկտրոնների կինետիկ էներգիա K m ax.



    45. Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի օրենքները.

    (1) Ստոլետովի օրենքըԸնկնող լույսի ֆիքսված հաճախականության դեպքում ֆոտոկաթոդի կողմից արձակված ֆոտոէլեկտրոնների թիվը միավոր ժամանակում համաչափ է լույսի ինտենսիվությանը (հագեցվածության ֆոտոհոսանքի ուժը համաչափ է կաթոդի E e ճառագայթման):

    (2) Ֆոտոէլեկտրոնների առավելագույն սկզբնական արագությունը (առավելագույն սկզբնական կինետիկ էներգիան) կախված չէ ընկնող լույսի ինտենսիվությունից, այլ որոշվում է միայն դրա հաճախականությամբ ν.

    (3) Յուրաքանչյուր նյութի համար կա ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի կարմիր սահման՝ լույսի նվազագույն հաճախականությունը (կախված նյութի քիմիական բնույթից և մակերեսի վիճակից), որից ցածր ֆոտոէլեկտրական էֆեկտն անհնար է։

    Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի մեխանիզմը բացատրելու համար Էյնշտեյնը առաջարկեց, որ ν հաճախականությամբ լույսը ոչ միայն արձակվում է առանձին քվանտների կողմից (ըստ Պլանկի վարկածի), այլև տարածվում է տարածության մեջ և ներծծվում է նյութի կողմից առանձին մասերով (քվանտա)՝ էներգիան։ որը ε 0 = հν.

    Էլեկտրամագնիսական ճառագայթման քվանտները, որոնք շարժվում են նույն արագությամբ, ինչ լույսի տարածումը վակուումում, կոչվում են ֆոտոններ։

    Ընկնող ֆոտոնի էներգիան ծախսվում է մետաղից Ա ելքի աշխատանք կատարող էլեկտրոնի վրա (տե՛ս էջ 3-31) և արտանետվող ֆոտոէլեկտրոնին կինետիկ էներգիա հաղորդելու վրա։ Էյնշտեյնի հավասարումը արտաքին ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի համար.



    Այս հավասարումը բացատրում է ֆոտոէլեկտրոնների կինետիկ էներգիայի կախվածությունը ընկնող լույսի հաճախականությունից (2-րդ օրենք)։ Սահմանափակել հաճախականությունը

    (կամ ), որի դեպքում կինետիկ

    ֆոտոէլեկտրոնների էներգիան դառնում է զրո, և կա ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի կարմիր սահման (3-րդ օրենք): Էյնշտեյնի հավասարումը գրելու մեկ այլ ձև

    Նկարը ցույց է տալիս ֆոտոէլեկտրոնների առավելագույն կինետիկ էներգիայի կախվածությունը ալյումինի, ցինկի և նիկելի լույսի ճառագայթման հաճախականությունից: Բոլոր ուղիղ գծերը զուգահեռ են միմյանց, և d(eU 0)/dv ածանցյալը կախված չէ կաթոդի նյութից և թվայինորեն հավասար է Պլանկի h հաստատունին։ Օրդինատների առանցքի վրա կտրված հատվածները թվայինորեն հավասար են աշխատանքին Աէլեկտրոնների ազատում համապատասխան մետաղներից.

    Ֆոտոսելերի և ֆոտոռեզիստորների (ֆոտոռեզիստորների) ազդեցությունը ֆոտոէքսպոզիտորների, լյուքսաչափերի և տարբեր գործընթացների կառավարման և ավտոմատացման սարքերի, հեռակառավարման սարքերի, ինչպես նաև կիսահաղորդչային ֆոտոբազմապատկիչների և արևային մարտկոցների վրա հիմնված է ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի երևույթի վրա:

    Ֆոտոնների առկայությունը ապացուցվել է Բոթեի փորձի ժամանակ։ Մի բարակ մետաղական փայլաթիթեղ F, որը գտնվում է երկու Sch հաշվիչների միջև, կոշտ ճառագայթման ազդեցության տակ ռենտգենյան ճառագայթներ է արձակել։ Եթե ​​արտանետվող էներգիան հավասարաչափ բաշխվեր բոլոր ուղղություններով, ինչպես հետևում է ալիքի հայեցակարգից, ապա երկու հաշվիչներն էլ պետք է աշխատեին միաժամանակ, իսկ շարժվող A գոտու վրա կհայտնվեին M մարկերներով համաժամանակյա նշաններ: Իրականում նշանների գտնվելու վայրը կլինի պատահական. Հետևաբար, արտանետման առանձին ակտերում լույսի մասնիկներ (ֆոտոններ) են ծնվում՝ թռչելով այս կամ այն ​​ուղղությամբ։

    46. ​​Ֆոտոնի զանգվածը և իմպուլսը: Լույսի կորպուսուլյար և ալիքային հատկությունների միասնություն:

    Օգտագործելով հարաբերությունները՝ ստանում ենք ֆոտոնի էներգիայի, զանգվածի և իմպուլսի արտահայտություններ

    Այս հարաբերությունները կապում են ֆոտոնի քվանտային (կորպուսկուլյար) բնութագրերը՝ զանգվածը, իմպուլսը և էներգիան, լույսին բնորոշ ալիքի հետ՝ նրա հաճախականությունը։

    Լույսը միաժամանակ ունի ալիքհատկություններ, որոնք արտահայտվում են դրա տարածման, միջամտության, դիֆրակցիայի, բևեռացման և կորպուսուլյար, որոնք արտահայտվում են նյութի հետ լույսի փոխազդեցության գործընթացներում (արտանետում, կլանում, ցրում)։

    47. Թեթև ճնշում.

    Եթե ​​ֆոտոնները իմպուլս ունեն, ապա մարմնի վրա ընկնող լույսը պետք է ճնշում գործադրի նրա վրա։

    Թող մոնոխրոմատիկ հաճախականության ճառագայթման հոսքը ընկնի մակերեսին ուղղահայաց: Եթե ​​N ֆոտոնները մարմնի մակերեսի 1 մ 2-ի վրա ընկնում են 1 վրկ-ում, ապա լույսի անդրադարձման p գործակցով ρ-ն կարտացոլվի մարմնի մակերևույթից։ Նֆոտոններ և (1-ρ) Նֆոտոններ - կլանվեն: Յուրաքանչյուր կլանված ֆոտոն իմպուլս է փոխանցում մակերեսին p γ, և յուրաքանչյուր արտացոլված ֆոտոն -2 է p γ

    Մակերեւույթի վրա լույսի ճնշումը հավասար է փոխանցվող իմպուլսին

    մակերեսները 1s N ֆոտոններում

    Մակերեւույթի էներգետիկ լուսավորություն (բոլոր ֆոտոնների էներգիան, որոնք ընկնում են միավորի մակերեսի վրա մեկ միավոր ժամանակում): Ծավալային

    ճառագայթման էներգիայի խտությունը. Այստեղից

    Լույսի ալիքային տեսությունը՝ հիմնված Մաքսվելի հավասարումների վրա, գալիս է նույն արտահայտությանը։ Լույսի ճնշումը ալիքի տեսության մեջ բացատրվում է նրանով, որ էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ էլեկտրամագնիսական ալիք, մետաղի էլեկտրոնները կշարժվեն ուղղությամբ (նշված է նկարում) հակառակը Մագնիսական դաշտ Էլեկտրամագնիսական ալիքը գործում է շարժվող էլեկտրոնների վրա Լորենցի ուժով մետաղի մակերեսին ուղղահայաց ուղղությամբ (ըստ ձախակողմյան կանոնի): Այսպիսով, էլեկտրամագնիսական ալիքը ճնշում է մետաղի մակերեսին:

    48. Կոմպտոնի էֆեկտ.

    Լույսի կորպուսային հատկությունները հստակորեն դրսևորվում են Կոմպտոնի էֆեկտում. կարճ ալիքի էլեկտրամագնիսական ճառագայթման (ռենտգենյան ճառագայթներ և ճառագայթներ) առաձգական ցրում նյութի ազատ (կամ թույլ կապված) էլեկտրոնների վրա, որն ուղեկցվում է ալիքի երկարության աճով: Այս աճը կախված չէ միջադեպի λ ալիքի երկարությունից

    Թիվ 58 լաբորատոր աշխատանք

    Աշխատանքի նպատակը.

    1. Ծանոթացեք փականի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի երեւույթին:

    2. Հետազոտեք փակ ֆոտոբջիջի բնութագրերը:

    Տեսական ներածություն

    Դարպասի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը բաղկացած է ֆոտո-էմֆ-ի առաջացումից ուղղիչ շփման մեջ, երբ այն լուսավորված է: Ամենամեծ գործնական կիրառումը փականի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտն է, որը նկատվում է р-nանցում.

    Կիսահաղորդչային ինտերֆեյսի տարածաշրջանում Ռ-տեսակ և n-տիպ, ձևավորվում է այսպես կոչված արգելափակող շերտ, որը սպառվում է հիմնական լիցքի կրիչներից՝ էլեկտրոններից էլեկտրոնային կիսահաղորդչի կողմում և անցքերի կիսահաղորդչի կողքին գտնվող անցքերից: Այս շերտի դոնոր և ընդունող կեղտերի իոնները, համապատասխանաբար, ստեղծում են դրական տարածական լիցք n-տարածք և բացասական - մեջ Ռ- շրջաններ միջեւ Ռ- Եվ n- տարածքներում առաջանում է շփման պոտենցիալ տարբերություն՝ կանխելով հիմնական կրիչների տեղաշարժը։

    Երբ լուսավորված է р-nանցում, օրինակ, կողքից Ռ- Լույսով շրջաններ, որոնց քվանտային էներգիան բավարար է էլեկտրոն-անցք զույգ ձևավորելու համար, սահմանի մոտ р-nանցում, առաջանում են այսպես կոչված ֆոտոէլեկտրոններ և ֆոտոանցքեր (ներքին ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ)։ Ձևավորվել է Ռ- կրիչների տարածքները մասնակցում են ջերմային շարժմանը և շարժվում են տարբեր ուղղություններով, ներառյալ դեպի р-nանցում. Այնուամենայնիվ, շփման պոտենցիալ տարբերության առկայության պատճառով անցքերը չեն մտնի n-տարածաշրջան. Էլեկտրոնները, ընդհակառակը, դաշտով կներգրավվեն n-տարածք (Նկար 1):

    Եթե ​​ֆոտոխցիկի միացումը բաց է ( Rn = ∞, պարապ ռեժիմ), ապա ֆոտոէլեկտրոնների կուտակում n- տարածքներ և լուսանցքներ Ռ-տարածաշրջանը հանգեցնում է ֆոտոբջիջի էլեկտրոդների միջև լրացուցիչ պոտենցիալ տարբերության առաջացմանը: Այս պոտենցիալ տարբերությունը կոչվում է ֆոտո-EMF ( U f xx): Համապատասխան շրջաններում ոչ հավասարակշռված կրիչների կուտակումը չի կարող անվերջ շարունակվել, քանի որ միևնույն ժամանակ պոտենցիալ արգելքի բարձրությունը նվազում է ստացված ֆոտո-EMF-ի քանակով: Պոտենցիալ պատնեշի բարձրության նվազեցումը կամ արդյունքում էլեկտրական դաշտի ուժի նվազեցումը վատթարանում է «բաժանման» հատկությունները p-nանցում.

    Եթե ​​կարճ միացնեք ֆոտոցելի էլեկտրոդները ( R n = 0), այնուհետև լույսի կողմից առաջացած լիցքի կրիչները կշրջանառվեն ֆոտոբջիջի միացումում՝ ստեղծելով կարճ միացման ֆոտոհոսանք։ I f kz.Առանց բեռի լուսանկար-EMF-ի մեծությունը U f xxև կարճ միացման ֆոտոհոսանքի ուժը I f kzորոշվում է լույսի կողմից ձևավորված լիցքակիրների կոնցենտրացիայով, որն իր հերթին կախված է ֆոտոբջիջի լուսավորությունից Ե.

    Ֆոտոհոսանքի կախվածություն I f kzև ֆոտո-EMF U f xxֆոտոբջիջի լուսավորությունից Ե(կամ լուսավոր հոսքից Ф = E∙S, Որտեղ Ս- ֆոտոբջիջի ընդունող մակերևույթի տարածքը) կոչվում են ֆոտոբջիջի լուսային բնութագրեր (Նկար 2):

    Վերոնշյալից հետևում է, որ փականի ֆոտոբջիջը թույլ է տալիս ճառագայթային էներգիան ուղղակիորեն վերածել էլեկտրական էներգիայի: Ստացված էլեկտրական էներգիան օգտագործելու համար անհրաժեշտ է լուսահաղորդակցության շղթայում ներառել բեռի դիմադրություն R n.Օգտակար ուժը կթողարկվի այս դիմադրության դեպքում

    P = I∙U = I 2 ∙R n,(1)

    Որտեղ Ի- ընթացիկ ուժը ֆոտոբջիջի միացումում ( Ի< I ф кз ), Ա,

    U- լարումը ֆոտոցելի կոնտակտներում ( U< U ф хх ), IN.

    Ընթացիկ ուժ Ի, Լարման U, և հետևաբար իշխանությունը Պմշտական ​​լուսավորության դեպքում որոշվում է բեռի դիմադրության արժեքով R n.Փոխելով դիմադրությունը R n∞-ից մինչև 0, կարող եք ստանալ կախվածությունը U(I), որը կոչվում է փականի ֆոտոբջիջի բեռնվածքի բնութագրիչ (Նկար 3):

    Ֆոտոցելի տերմինալներում լարման նվազումը բեռնվածքի հոսանքի աճով կապված է ֆոտոբջիջի ներքին դիմադրության վրայով լարման կորստի հետ: Կարճ միացման ռեժիմում, երբ R nհավասար է զրոյի, ամբողջ լարումը, որը մշակվել է ֆոտոխցիկով U f xxընկնում է ներքին դիմադրության միջով, և ֆոտոցելի ելքի լարումը նույնպես զրո է:

    Գործնականում բեռի դիմադրությունը ընտրվում է այնպես, որ դրա միջոցով թողարկվող հզորությունը լինի առավելագույնը: Այս դեպքում առավելագույն (տվյալ լուսավորության համար) արժեքը հասնում է փականի ֆոտոբջիջի արդյունավետությանը, որը որոշվում է կապով.

    η = P∙Ψ / Ф = P∙Ψ / (E∙S),(2)

    որտեղ Ψ-ն այսպես կոչված լուսավոր արդյունավետությունն է, որը ալիքի երկարության համար λ = 535 նմ հավասար է 628 լմ/Վտ:

    Դարպասի ֆոտոբջիջները պատրաստված են սելենից, սիլիցիումից, գերմանիումից, արծաթի սուլֆիդից և կիսահաղորդչային այլ նյութերից։ Դրանք լայնորեն կիրառվում են ավտոմատացման, չափիչ տեխնոլոգիաների, համակարգիչների և այլ սարքերի մեջ։ Օրինակ, սելենիումի ֆոտոբջիջները, որոնց սպեկտրալ զգայունությունը մոտ է մարդու աչքի սպեկտրալ զգայունությանը, օգտագործվում են լուսաչափական գործիքներում (էքսպոզիտորներ, լուսաչափեր և այլն)։

    Սիլիկոնային ֆոտոբջիջները լայնորեն օգտագործվում են որպես արեգակնային էներգիայի փոխարկիչներ էլեկտրական էներգիայի: Սիլիկոնային արևային մարտկոցների արդյունավետությունը ≈ 12% է: Մեծ թվով ֆոտոբջիջներ, որոնք կապված են միմյանց հետ, կազմում են արևային մարտկոց: Արեգակնային մարտկոցների լարումը հասնում է տասնյակ վոլտերի, իսկ հզորությունը՝ տասնյակ կիլովատների։ Արևային մարտկոցները տիեզերանավերի էներգիայի հիմնական աղբյուրն են։

    Տեղադրման նկարագրությունը

    Սիլիկոնային դարպասի ֆոտոբջիջը սիլիկոնային վաֆլի է, որը կտրված է մեկ բյուրեղից: n- տիպ, որի մակերեսին գոլորշու մեջ տաքացնելով մոտավորապես 1200 0 C ջերմաստիճանում. BCl 3ձևավորվում է սիլիցիումի բարակ թաղանթ Ռ-տիպ. Ֆոտոբջիջը տեղադրված է օպտիկական նստարանի վրա, որի երկայնքով շարժվում է լույսի աղբյուրը: Փոփոխելով լուսաբջիջի մակերևույթի և լույսի աղբյուրի միջև հեռավորությունը՝ կարող եք փոխել ֆոտոցելի լուսավորությունը: Լուսավորության արժեքը Ե(լ), հեռավորությանը համապատասխան լԼուսատուի և ֆոտոբջիջի միջև, որը որոշվում է տրամաչափման կորով (Նկար 5):

    Աշխատանքի նպատակը.ծանոթացում փականի ֆոտոսելի հետ, դրա ընթացիկ-լարման բնութագրերի ուսումնասիրություն.

    Առաջադրանք.վերցրեք հոսանքի լարման բնութագրերի ընտանիքը տարբեր լուսավորության տակ, որոշեք բեռնվածքի օպտիմալ դիմադրությունը և գնահատեք ֆոտոբջիջի արդյունավետությունը:

    Սարքեր և պարագաներ., սիլիկոնային ֆոտոսել, դիմադրողականության պահեստ, միլիվոլտմետր, միլիամետր։

    ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

    Փականի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը բաղկացած է փականի մեջ ֆոտո-էմֆ-ի տեսքից, այսինքն՝ ուղղիչ, շփվելով, երբ այն լուսավորված է: Ամենամեծ գործնական կիրառումը դարպասի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտն է, որը դիտվում է p-n հանգույցում: Նման անցումը սովորաբար տեղի է ունենում բյուրեղային կիսահաղորդչի ներքին շրջանում, որտեղ փոխվում է դոպանտի տեսակը (ընդունողից դոնոր) և կապակցված հաղորդունակության տեսակը (անցքից էլեկտրոն):

    Եթե ​​կապ չկա p- և n-տիպի կիսահաղորդիչների միջև, ապա նրանց էներգետիկ դիագրամներում Fermi մակարդակները (նկ. 1) գտնվում են տարբեր բարձրությունների վրա. դեպի հաղորդման գոտի (p-կիսահաղորդիչ A2-ի աշխատանքային ֆունկցիան միշտ գերազանցում է n-կիսահաղորդիչ A1-ի աշխատանքային ֆունկցիան):

    https://pandia.ru/text/78/022/images/image006_62.gif" width="12" height="221">Չլուսավորված p-n հանգույցի ընթացիկ-լարման բնութագիրը ներկայացված է Նկար 3-ում (կոր 2. ) Այն նկարագրվում է արտահայտությամբ, որտեղ JS-ը չլուսավորված p-n հանգույցի հագեցվածության հոսանքն է:

    ուղղակիորեն դեպի առաջ կամ հակադարձ լարման

    արտաքին դաշտի վերահսկում.

    Եթե ​​դուք լուսավորեք ֆոտոբջիջը p-տարածաշրջանից, ապա կիսահաղորդչի բարակ մակերևութային շերտում ներծծված լուսային ֆոտոններն իրենց էներգիան կփոխանցեն վալենտական ​​գոտու էլեկտրոններին և կփոխանցեն դրանք հաղորդման գոտի՝ դրանով իսկ ձևավորելով ազատ էլեկտրոններ և անցքեր: (ֆոտոէլեկտրոններ և ֆոտոանցքեր) կիսահաղորդչում հավասար քանակությամբ: P-տարածաշրջանում առաջացած ֆոտոէլեկտրոնները այստեղ փոքրամասնության կրիչներ են: Շարժվելով բյուրեղի երկայնքով, նրանք մասամբ վերամիավորվում են անցքերի հետ: Բայց եթե p-տարածաշրջանի հաստությունը փոքր է, ապա դրանց մի զգալի մասը հասնում է p-n հանգույցին և անցնում կիսահաղորդչի n շրջան՝ առաջացնելով հակառակ ուղղությամբ հոսող Jph ֆոտոհոսանք։ Ֆոտոֆոտները, ինչպես ներքին անցքերը, չեն կարող ներթափանցել n-տարածաշրջան, քանի որ դա անելու համար նրանք պետք է հաղթահարեն պոտենցիալ խոչընդոտը p-n հանգույցի շրջանում: Այսպիսով, p-n հանգույցը բաժանում է ֆոտոէլեկտրոնները և ֆոտոանցքերը:

    Եթե ​​շղթան բաց է, ապա n-տարածաշրջան անցած ֆոտոէլեկտրոնները այնտեղ ստեղծում են էլեկտրոնի ավելցուկային կոնցենտրացիան՝ համեմատած հավասարակշռության հետ, դրանով իսկ բացասաբար լիցքավորելով կիսահաղորդչի այս հատվածը։ Ֆոտանցքները դրականորեն լիցքավորում են p-տարածաշրջանը: Կիսահաղորդչի երկու մասերի միջև առաջանում է պոտենցիալ տարբերություն, որը կոչվում է ֆոտո-EMF: Ստացված ֆոտո-emf-ը կիրառվում է p-n հանգույցի վրա՝ առաջ (անցանելիության) ուղղությամբ, ուստի պոտենցիալ արգելքի բարձրությունը համապատասխանաբար նվազում է: Սա իր հերթին առաջացնում է այսպես կոչված արտահոսքի Jу հոսանքի տեսքը, որը հոսում է առաջ ուղղությամբ: Ֆոտո-EMF-ի մեծությունը մեծանում է այնքան ժամանակ, քանի դեռ մեծամասնության կրիչների աճող հոսանքը չի փոխհատուցում ֆոտոհոսանքը:

    Եթե ​​դուք փակեք p-n հանգույցը բեռի դիմադրության rn-ի հետ (նկ. 4), շղթայի միջով կհոսի J հոսանք, որը կարող է ներկայացվել որպես երկու հոսանքների գումար.


    J = Jf – Jу. (2)

    Արտահոսքի հոսանքը Jу հաշվարկվում է բանաձևով (1) չլուսավորված p-n հանգույցի համար, երբ արտաքին լարումը Un = J rn կիրառվում է դրան առջևի ուղղությամբ.

    https://pandia.ru/text/78/022/images/image012_31.gif" width="25" height="28 src=">~ F. (3)

    Պարապ ռեժիմում շղթան բաց է (rn = https://pandia.ru/text/78/022/images/image014_26.gif" width="147" height="57 src=">, (4)

    որտեղից հետևում է, որ

    https://pandia.ru/text/78/022/images/image013_28.gif" width="19" height="15 src=">): Երբ արտաքին բեռը փոխվում է 0-ից մինչև մենք ստանում ենք բաժին աու, որը p-n հանգույցի ընթացիկ-լարման բնութագիրն է ֆոտոգալվանային ռեժիմում մշտական ​​լուսավոր հոսքի դեպքում։ Հողամաս Արևբնութագրում է ֆոտոբջիջի աշխատանքը, երբ ուղղակի արտաքին լարումը կիրառվում է p-n հանգույցում, հատվածում Ադ– հակադարձ արտաքին լարում (ֆոտոդիոդի աշխատանքային ռեժիմ):

    Երբ լուսավոր հոսքը փոխվում է, ընթացիկ-լարման բնութագրերը փոխվում են և դրանց ձևը փոխվում է: Տարբեր լուսավորության ժամանակ ֆոտոգալվանային ռեժիմում փակ ֆոտովոլտային բջիջի ընթացիկ-լարման բնութագրերի ընտանիքը ներկայացված է Նկ. 5.

    https://pandia.ru/text/78/022/images/image017_20.gif" width="231" height="12">

    Բեռի դիմադրության արժեքով (ctg α = rн) ծագումից գծված ուղիղ գծերը հատում են բնութագիրը այն կետերում, որոնց աբսցիսները տալիս են լարման անկումը բեռի վրա, իսկ օրդինատները տալիս են հոսանք արտաքին միացումում ( U1 = J1 r1): Նկարում ստվերված տարածքը համաչափ է rn1 բեռին հատկացված P1 հզորությանը.

    https://pandia.ru/text/78/022/images/image020_15.gif" width="136" height="52 src=">, (7)

    որտեղ https://pandia.ru/text/78/022/images/image022_14.gif" height="50">.gif" width="12">
    https://pandia.ru/text/78/022/images/image026_13.gif" width="21" height="12">
    https://pandia.ru/text/78/022/images/image031_11.gif" width="12" height="31"> n-տիպի սիլիցիում` կտրված մեկ բյուրեղից, որի մակերեսին տաքացնելով ժ. ~ 1200 0C ջերմաստիճանում BCl3 գոլորշու մեջ ձևավորվում է բարակ թաղանթ 2 p- տիպի սիլիցիում: Արտաքին շղթայի շփումը p-տարածաշրջանի հետ կատարվում է մետաղական ժապավենի միջոցով 3 , ցողել դրա մակերեսին։ Կոնտակտ ստեղծելու համար 4 n-տարածաշրջանով արտաքին թաղանթի մի մասը ավազով մաքրվում է:

    ԱՇԽԱՏԱՆՔԻ ԿԱՏԱՐՄԱՆ ԿԱՐԳԸ

    Վարժություն 1.Փականային ֆոտոցելի ընթացիկ-լարման բնութագրիչի հեռացում

    1. Այս ձեռնարկն ուսումնասիրելուց հետո ուշադիր ծանոթացեք տեղադրմանը:

    2. Փոխելով դիմադրությունը rn-ից 10-ից մինչև 900 Օմ, մշտական ​​լուսավորությամբ, վերցրեք 8-10 լարման և հոսանքի արժեքներ (լույսի աղբյուրից մինչև ֆոտոբջիջ հեռավորությունը լ= 5 սմ):

    3. Կրկնեք քայլ 2-ի համար լ= 10 և 15 սմ:

    4. Կառուցեք ընթացիկ-լարման բնութագրերի ընտանիք:

    Առաջադրանք 2.Փականային ֆոտոբջիջի ընթացիկ-լարման բնութագրերի ուսումնասիրություն

    1. Յուրաքանչյուր լուսավորության համար, համապատասխան հոսանք-լարման բնութագրիչից, որոշեք ֆոտոհոսանքի առավելագույն հզորությունը Pmax և այս դեպքում, օգտագործելով (7) բանաձևը, հաշվարկեք ֆոտոխցիկի արդյունավետությունը: Լուսավորությունը E հաշվարկվում է աղբյուրի լույսի Jl ինտենսիվության և հեռավորության միջոցով լըստ բանաձևի.

    2. Իմանալով Pmax ամբողջ լուսավորության համար, հաշվարկեք բեռնվածքի օպտիմալ դիմադրությունը rn՝ օգտագործելով (6) բանաձևը: մեծածախ Կառուցեք rn-ի գրաֆիկ: opt = f (E):

    3. Կառուցեք Jk-ի գրաֆիկները: z = f(E) և Ux: x = f (E):

    ՎԵՐԱՀՍԿՈՂԱԿԱՆ ՀԱՐՑԵՐ

    1. Ո՞րն է ներքին ֆոտոէլեկտրական ազդեցության երեւույթը:

    2. Ո՞րն է տարբերությունը n տիպի կիսահաղորդիչների և p տիպի կիսահաղորդիչների միջև:

    3. Ինչպե՞ս է ձեռք բերվում կիսահաղորդչային հաղորդունակության ցանկալի տեսակը:

    4. Գծի՛ր n և p տիպի կիսահաղորդիչների էներգիայի դիագրամը։

    5. Բացատրե՛ք p-n հանգույցի շփման պոտենցիալների տարբերության առաջացման մեխանիզմը:

    6. Բացատրե՛ք p-n հանգույցի գործողության մեխանիզմը որպես AC ուղղիչ:

    7. Ինչպե՞ս է աշխատում դարպասի ֆոտոսելը:

    8. Ո՞րն է փակ ֆոտոբջիջի նպատակը:

    9. Արդյո՞ք փակ ֆոտոբջիջը կարող է օգտագործվել որպես իոնացնող ճառագայթման դետեկտոր:

    10. Որտե՞ղ են օգտագործվում փակ ֆոտոբջիջները:

    11. Ինչպիսի՞ն է փականի ֆոտոբջիջի ֆոտո-EMF-ի առաջացման մեխանիզմը:

    12. Ի՞նչ է Ֆերմի մակարդակը:

    13. Նշե՛ք փականի ֆոտոբջիջների համեմատաբար ցածր արդյունավետության մի քանի պատճառ:

    14. Անվանեք փականային ֆոտոբջիջների առավելությունը որպես էլեկտրական էներգիայի աղբյուրներ ձեզ հայտնի մյուսների նկատմամբ:

    15. Որո՞նք են դժվարությունները փակ ֆոտոբջիջների լայն կիրառման մեջ: հեռանկարներ.

    ՄԱՏԵՆԱԳՐՈՒԹՅՈՒՆ

    1. Տրոֆիմովի ֆիզիկա. Մ.: Ավելի բարձր: դպրոց, 19 p.

    2. Լաբորատոր սեմինար ֆիզիկայում / Էդ. . Մ.: Ավելի բարձր: դպրոց, 19 p.

    ՓԱԿԻ ՖՈՏՈ ԷՖԵԿՏ

    ֆոտոէլեկտրական ազդեցություն արգելափակող շերտում - տեղի է ունենում էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ազդեցության տակ էլեկտրաշարժիչ ուժ(ֆոտոլարում) համակարգում, որը բաղկացած է երկու շփվող տարբեր PP կամ PP և մետաղից: Ամենամեծ գործնականը Հետաքրքրություն է ներկայացնում F. v. պ–ի անցման մեջ և հետերյունակցում.Ֆ.վ. օգտագործվում է ֆոտոգալվանային սարքերում: գեներատորներ, PP-ում ֆոտոդիոդներ, ֆոտոտրանզիստորներև այլն:

    • - Բ., որի դեպքում ինհալացիոն փուլում պահպանվում է բրոնխի անցանելիությունը, բայց արտաշնչման փուլում ամբողջությամբ խախտվում է...

      Բժշկական մեծ բառարան

    • - կայծային բացը, որը նախատեսված է էլեկտրական սարքավորումների մեկուսացումը մթնոլորտից պաշտպանելու համար: և միացում գերլարում; ներկայացնում է կայծային բացերի շարք, որոնց հետ միացված են ոչ գծային դիմադրություններ...

      Մեծ հանրագիտարանային պոլիտեխնիկական բառարան

    • - էլեկտրական շարժիչ, որում օգտագործվում է կառավարվող էլեկտրական փոխարկիչ՝ շարժիչը սնուցելու և նրա անկյունային արագությունը կարգավորելու համար։ փականներ...

      Մեծ հանրագիտարանային պոլիտեխնիկական բառարան

    • - էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ազդեցության տակ նյութի կողմից էլեկտրոնների արտանետում...

      Մետալուրգիայի հանրագիտարանային բառարան

    • - էլեկտրոնային կամ իոնային էլեկտրական փականների միջոցով էլեկտրական հոսանքը փոխակերպող սարք...
    • - Կալանիչը նախատեսված է փոփոխական հոսանքների ցանցերի էլեկտրական սարքավորումները տարբեր գերլարումներից պաշտպանելու համար...

      Խորհրդային մեծ հանրագիտարան

    • - էլեկտրոնների արտանետում նյութի կողմից էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ազդեցության տակ. Ֆ. հայտնաբերվել է 1887 թվականին Գ.Հերցի կողմից։ Ֆ–ի առաջին հիմնարար ուսումնասիրություններն իրականացրել է Ա.Գ.Ստոլետովը...

      Խորհրդային մեծ հանրագիտարան

    • - մի խումբ երևույթներ, որոնք կապված են պինդ մարմնի էլեկտրոնների «ազատման» հետ ներատոմային կապերից էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ազդեցության տակ...

      Ժամանակակից հանրագիտարան

    • - էլեկտրական շարժիչ, որի շարժիչի ռեժիմը կարգավորվում է կառավարվող փականի փոխարկիչների միջոցով՝ ուղղիչ, հաճախականության փոխարկիչ, մշտական ​​կարգավորիչ...
    • - երևույթ, որը կապված է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ազդեցության տակ պինդ մարմնից էլեկտրոնների արտանետման հետ: Առանձնանում են՝..1) արտաքին ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ՝ էլեկտրոնների արտանետում լույսի, ?-ճառագայթման և այլնի ազդեցությամբ;....

      Հանրագիտարանային մեծ բառարան

    • - ...
    • - ՓԱԿԱՆ, -Ես, մ...

      Օժեգովի բացատրական բառարան

    • - ...

      Ուղղագրական բառարան-տեղեկագիրք

    • - V…

      Ռուսերեն ուղղագրական բառարան

    • - ...

      Բառի ձևեր

    • - կց., հոմանիշների թիվը՝ 1 փական...

      Հոմանիշների բառարան

    «ՓԱԿԻ ՖՈՏՈ ԷՖԵԿՏԸ» գրքերում

    Փականի շարժիչ

    Տեխնոլոգիաների մեծ հանրագիտարան գրքից հեղինակ Հեղինակների թիմ

    Փականի էլեկտրական շարժիչ Փականի էլեկտրական շարժիչը էլեկտրական շարժիչ է, որը սնուցում է էլեկտրական շարժիչը և կարգավորում է նրա անկյունային արագությունը կառավարվող էլեկտրական փականների փոխարկիչներում: Այս էլեկտրական շարժիչը ապահովում է ասինխրոն և համաժամանակյա շարժիչներ

    Փականի փոխարկիչ

    Հեղինակի Մեծ Սովետական ​​Հանրագիտարան (BE) գրքից TSB

    Փականների փակիչ

    Հեղինակի «Սովետական ​​մեծ հանրագիտարան» (ՀՀ) գրքից TSB

    Միջուկային ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ

    Հեղինակի Մեծ Սովետական ​​Հանրագիտարան (YAD) գրքից TSB

    Ֆոտո էֆեկտ

    TSB

    Արտաքին ֆոտոէֆեկտ

    Հեղինակի Մեծ Սովետական ​​Հանրագիտարան (FO) գրքից TSB

    Ֆոտոէֆեկտ ներքին

    Հեղինակի Մեծ Սովետական ​​Հանրագիտարան (FO) գրքից TSB

    Գլուխ 20 Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը էներգիայում

    Նոր էներգիայի աղբյուրներ գրքից հեղինակ Ֆրոլով Ալեքսանդր Վլադիմիրովիչ

    Գլուխ 20 Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը էներգիայում Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ազդեցության տակ նյութի կողմից էլեկտրոնների արտանետումն է: 1839 թվականին Ալեքսանդր Բեկերելը նկատեց էլեկտրոլիտում ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի ֆենոմենը։ 1873 թվականին Ուիլոբի Սմիթը հայտնաբերեց, որ սելենն է

    § 4.3 Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ

    հեղինակ

    § 4.3 Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ Նման իրավիճակում բնական է ենթադրել, որ մետաղից անջատված էլեկտրոնների էներգիայի աղբյուրը գտնվում է ոչ թե ճառագայթների, այլ հենց մետաղի մեջ։ Ինչ վերաբերում է ճառագայթներին, նրանք միայն ազատում են այն, ծառայում են որպես մի տեսակ պատրույգ, չէ՞ որ մի կայծը բավական է,

    § 4.4 Ընտրովի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ

    Ռիցի բալիստիկ տեսությունը և տիեզերքի պատկերը գրքից հեղինակ Սեմիկով Սերգեյ Ալեքսանդրովիչ

    § 4.4 Ընտրովի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ Ֆոտոէլեկտրական երևույթների ընտրողականությունը շատ նման է ռեզոնանսային էֆեկտներին: Կարծես մետաղի էլեկտրոններն ունեն իրենց տատանումների ժամանակաշրջանը, և քանի որ հուզիչ լույսի հաճախականությունը մոտենում է իրեն

    § 4.5 Ոչ գծային ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ

    Ռիցի բալիստիկ տեսությունը և տիեզերքի պատկերը գրքից հեղինակ Սեմիկով Սերգեյ Ալեքսանդրովիչ

    § 4.5 Ոչ գծային ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ Ավելի քան տասնհինգ տարի է, ինչ նոր գիտատեխնիկական ուղղություն է զարգանում՝ կապված օպտիկական հաճախականությունների բազմապատկման հետ (օգտագործվում է նաև «օպտիկական ներդաշնակության սերունդ» տերմինը՝ երկրորդ հարմոնիկ, երրորդ, չորրորդ և այլն։ կախված

    § 4.6 Հակադարձ ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ, ֆոտոիոնացում և արևային բջիջներ

    Ռիցի բալիստիկ տեսությունը և տիեզերքի պատկերը գրքից հեղինակ Սեմիկով Սերգեյ Ալեքսանդրովիչ

    Դարպասի ֆոտոEMF-ը EMF է, որը առաջանում է էլեկտրոն-անցք զույգերի տարածական բաժանման արդյունքում, որոնք առաջանում են լույսի միջոցով կիսահաղորդչում n-p հանգույցի, հետերային հանգույցի կամ մոտ էլեկտրոդային պատնեշի էլեկտրական դաշտի միջոցով: Փականի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտով էլեկտրական դաշտը չի կիրառվում ֆոտոբջիջի վրա, քանի որ նրանք իրենք են photoEMF-ի գեներատորներ: Փականային ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ ունեցող ֆոտոբջիջների բնորոշ առանձնահատկությունը կիսահաղորդչի և էլեկտրոդի միջև արգելափակող շերտի առկայությունն է, որն առաջացնում է այս շերտի ուղղիչ ազդեցությունը (նկ. 1.17):

    Դարպասի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտով կիսահաղորդչային շերտն ունի ոչ միայն դիմադրություն, այլև տարողունակություն և լույսով լուսավորվելիս հանդիսանում է ԷՄՀ-ի ուղղիչ և աղբյուր: Նկ. 1.17 Cu ափսե (4) էլեկտրոդներից մեկն է: Վերևում այն ​​պատված է պղնձի օքսիդի բարակ շերտով (2) Cu 2 0 օդում բարձր ջերմաստիճանում պղնձի տաքացման պատճառով։ Պատնեշի շերտը (3) ձևավորվում է Cu 2 0-ի և պղնձի սահմանին: Վերևում կիրառվում է ոսկու բարակ կիսաթափանցիկ շերտ (1): Լուսավորվելիս 1-ին և 4-րդ էլեկտրոդների միջև առաջանում է պոտենցիալ տարբերություն:

    Բրինձ. 1.17

    Եթե ​​այս էլեկտրոդները միացված են գալվանոմետրի միջոցով, ապա, երբ լույսը ընկնում է, առաջանում է ֆոտոհոսանք՝ ուղղված պղնձից Cu 2 0: Պղնձի օքսիդի ֆոտոհաղորդիչների ֆոտոհաղորդունակությունը պայմանավորված է անցքերի շարժումով: Բարակ արգելափակող շերտը (d » 10 - 7 մ) մետաղ-կիսահաղորդչային միջերեսում առաջացնում է ֆոտոբջիջի արգելափակման ազդեցություն և մինչև 1 Վ ֆոտոլարման տեսք: Այս դեպքում լույսի ճառագայթման էներգիան ուղղակիորեն վերածվում է էլեկտրական էներգիայի: . Ֆոտոցելի արդյունավետությունը ~2,5%:

    Կոմպտոնի էֆեկտ

    Կոմպտոնի ֆենոմենը բաղկացած է ռենտգենյան ճառագայթների ալիքի երկարության մեծացումից, երբ դրանք ցրվում են նյութի ատոմներով, որն ուղեկցվում է ֆոտոէլեկտրական էֆեկտով։ Դասական ալիքի տեսության տեսակետից ցրված ճառագայթման ալիքի երկարությունը պետք է հավասար լինի ընկնող ճառագայթման ալիքի երկարությանը։

    Կոմպտոնի փորձի սխեման ներկայացված է Նկ. 1.18, որտեղ S-ը ռենտգենի աղբյուրն է. D 1 և D 2 - դիֆրագմներ, որոնք կազմում են ռենտգենյան ճառագայթների նեղ ճառագայթ; A-ն մի նյութ է, որը ցրում է ռենտգենյան ճառագայթները, որոնք հետո ընկնում են C սպեկտրոգրաֆի և լուսանկարչական F թիթեղի վրա։

    Compton ֆենոմենը բնութագրվում է հետևյալ օրինաչափություններով.

    1. Կախված է նյութի ատոմային թվից: 2. Քանի որ ցրման անկյունը մեծանում է, Կոմպտոնի ցրման ինտենսիվությունը մեծանում է: 3. Ալիքի երկարության տեղաշարժը մեծանում է ցրման անկյան մեծացմամբ:

    4. Միևնույն ցրման անկյուններում ալիքի երկարության տեղաշարժը նույնն է

    Երբ ռենտգենյան ֆոտոնը փոխազդում է էլեկտրոնի հետ, վերջինս ստանում է էներգիա (W) և իմպուլսը (p = mv) դուրս է գալիս ատոմից (հետադարձ էլեկտրոն), իսկ ցրված ֆոտոնի էներգիան և իմպուլսը նվազում են (նկ. 1.19):

    Կոմպտոնի էֆեկտում ցրված ֆոտոնի ալիքի երկարության փոփոխությունը գտնելու համար մենք կիրառում ենք իմպուլսի պահպանման օրենքը

    և էներգիայի պահպանման օրենքը

    W f + W 0 = W +,

    որտեղ է մասնիկի ընդհանուր էներգիան

    .

    Իմպուլսի պահպանման օրենքից մենք գտնում ենք մասնիկի (էլեկտրոնի) իմպուլսը։

    Օրինակ, համաձայն Նկ. 1.19 (կոսինուսների թեորեմ)

    Հաշվի առնելով ֆոտոնի շարժման հարաբերական բնույթը՝ ունենք

    W f = hn= r f s.

    Հաշվի առնելով դա՝ մենք ներկայացնում ենք էներգիայի պահպանման օրենքը ձևով

    Միասին լուծելով (6.18) և (6.19) և քառակուսի դնելուց հետո ստանում ենք

    , (1.34)

    (1.35)

    Միջադեպի իմպուլսներ և ցրված ֆոտոններ; ժ - ցրման անկյուն;

    c-ն լույսի արագությունն է; h-ը Պլանկի հաստատունն է:

    Օգտագործելով ալիքի երկարության և հաճախականության միջև կապը ձևով.

    Եվ

     


    Բաժիններ



    Գովազդ